Developing markets of energy biomass – local and global perspectives

The thesis explores global and national-level issues related to the development of markets for biomass for energy. The thesis consists of five separate papers and provides insights on selected issues. The aim of Paper I was to identify methodological and statistical challenges in assessing international solid and liquid biofuels trade and provide an overview of the Finnish situation with respect to the status of international solid and liquid biofuels trade. We found that, for the Finnish case, it is possible to qualify direct and indirect trade volumes of biofuels. The study showed that indirect trade of biofuels has a highly significant role in Finland and may be a significant sector also in global biofuels trade. The purpose of Paper II was to provide a quantified insight into Finnish prospects for meeting the national 2020 renewable energy targets and concurrently becoming a largescale producer of forest-biomass-based second-generation biofuels for feeding increasing demand in European markets. We found that Finland has good opportunities to realise a scenario to meet 2020 renewable energy targets and for large-scale production of wood-based biofuels. The potential net export of transport biofuels from Finland in 2020 would correspond to 2–3% of European demand. Paper III summarises the global status of international solid and liquid biofuels trade as illuminated by several separate sources. International trade of biofuels was estimated at nearly 1 EJ for 2006. Indirect trade of biofuels through trading of industrial roundwood and material by-products comprises the largest proportion of the trading, with a share of about two thirds. The purpose of Paper IV was to outline a comprehensive picture of the coverage of various certification schemes and sustainability principles relating to the entire value-added chain of biomass and bioenergy. Regardless of the intensive work that has been done in the field of sustainability schemes and principles concerning use of biomass for energy, weaknesses still exist. The objective of Paper V was to clarify the alternative scenarios for the international biomass market until 2020 and identify the underlying steps needed toward a wellfunctioning and sustainable market for biomass for energy purposes. An overall conclusion drawn from this analysis concerns the enormous opportunities related to the utilisation of biomass for energy in the coming decades.

Transcriptional and Epigenetic Regulation of Human CD4+ T Helper Lineage Specification

Activated T helper (Th) cells have ability to differentiate into functionally distinct Th1, Th2 and Th17 subsets through a series of overlapping networks that include signaling and transcriptional control and the epigenetic mechanisms to direct immune responses. However, inappropriate execution in the differentiation process and abnormal function of these Th cells can lead to the development of several immune mediated diseases. Therefore, the thesis aimed at identifying genes and gene regulatory mechanisms responsible for Th17 differentiation and to study epigenetic changes associated with early stage of Th1/Th2 cell differentiation. Genome wide transcriptional profiling during early stages of human Th17 cell differentiation demonstrated differential regulation of several novel and currently known genes associated with Th17 differentiation. Selected candidate genes were further validated at protein level and their specificity for Th17 as compared to other T helper subsets was analyzed. Moreover, combination of RNA interference-mediated downregulation of gene expression, genome-wide transcriptome profiling and chromatin immunoprecipitation followed by massive parallel sequencing (ChIP-seq), combined with computational data integration lead to the identification of direct and indirect target genes of STAT3, which is a pivotal upstream transcription factor for Th17 cell polarization. Results indicated that STAT3 directly regulates the expression of several genes that are known to play a role in activation, differentiation, proliferation, and survival of Th17 cells. These results provide a basis for constructing a network regulating gene expression during early human Th17 differentiation. Th1 and Th2 lineage specific enhancers were identified from genome-wide maps of histone modifications generated from the cells differentiating towards Th1 and Th2 lineages at 72h. Further analysis of lineage-specific enhancers revealed known and novel transcription factors that potentially control lineage-specific gene expression. Finally, we found an overlap of a subset of enhancers with SNPs associated with autoimmune diseases through GWASs suggesting a potential role for enhancer elements in the disease development. In conclusion, the results obtained have extended our knowledge of Th differentiation and provided new mechanistic insights into dysregulation of Th cell differentiation in human immune mediated diseases.

Gene Regulation in The Human Immune System. Gene Expression Signatures of Th2 Cell Differentiation, Type 1 Diabetes, and Intrauterine Immune Adaptation

The human immune system is constantly interacting with the surrounding stimuli and microorganisms. However, when directed against self or harmless antigens, these vital defense mechanisms can cause great damage. In addition, the understanding the underlying mechanism of several human diseases caused by aberrant immune cell functions, for instance type 1 diabetes and allergies, remains far from being complete. In this Ph.D. study these questions were addressed using genome-wide transcriptomic analyses. Asthma and allergies are characterized by a hyperactive response of the T helper 2 (Th2) immune cells. In this study, the target genes of the STAT6 transcription factor in naïve human T cells were identified with RNAi for the first time. STAT6 was shown to act as a central activator of the genes expression upon IL-4 signaling, with both direct and indirect effects on Th2 cell transcriptome. The core transcription factor network induced by IL-4 was identified from a kinetic analysis of the transcriptome. Type 1 diabetes is an autoimmune disease influenced by both the genetic susceptibility of an individual and the disease-triggering environmental factors. To improve understanding of the autoimmune processes driving pathogenesis in the prediabetic phase in humans, a unique series of prospective whole-blood RNA samples collected from HLA-susceptible children in the Finnish Type 1 Diabetes Prediction and Prevention (DIPP) study was studied. Changes in different timewindows of the pathogenesis process were identified, and especially the type 1 interferon response was activated early and throughout the preclinical T1D. The hygiene hypothesis states that allergic diseases, and lately also autoimmune diseases, could be prevented by infections and other microbial contacts acquired in early childhood, or even prenatally. To study the effects of the standard of hygiene on the development of neonatal immune system, cord blood samples from children born in Finland (high standard of living), Estonia (rapid economic growth) and Russian Karelia (low standard of living) were compared. Children born in Russian Karelia deviated from Finnish and Estonian children in many aspects of the neonatal immune system, which was developmentally more mature in Karelia, resembling that of older infants. The results of this thesis offer significant new information on the regulatory networks associated with immune-mediated diseases in human. The results will facilitate understanding and further research on the role of the identified target genes and mechanisms driving the allergic inflammation and type 1 diabetes, hopefully leading to a new era of drug development.

Spectral retinal image processing and analysis for ophthalmology

Diabetic retinopathy, age-related macular degeneration and glaucoma are the leading causes of blindness worldwide. Automatic methods for diagnosis exist, but their performance is limited by the quality of the data. Spectral retinal images provide a significantly better representation of the colour information than common grayscale or red-green-blue retinal imaging, having the potential to improve the performance of automatic diagnosis methods. This work studies the image processing techniques required for composing spectral retinal images with accurate reflection spectra, including wavelength channel image registration, spectral and spatial calibration, illumination correction, and the estimation of depth information from image disparities. The composition of a spectral retinal image database of patients with diabetic retinopathy is described. The database includes gold standards for a number of pathologies and retinal structures, marked by two expert ophthalmologists. The diagnostic applications of the reflectance spectra are studied using supervised classifiers for lesion detection. In addition, inversion of a model of light transport is used to estimate histological parameters from the reflectance spectra. Experimental results suggest that the methods for composing, calibrating and postprocessing spectral images presented in this work can be used to improve the quality of the spectral data. The experiments on the direct and indirect use of the data show the diagnostic potential of spectral retinal data over standard retinal images. The use of spectral data could improve automatic and semi-automated diagnostics for the screening of retinal diseases, for the quantitative detection of retinal changes for follow-up, clinically relevant end-points for clinical studies and development of new therapeutic modalities.

Teknisten tuoteominaisuuksien todentaminen suomalaisessa huonekaluteollisuudessa

Työn tavoitteena oli saada kokonaiskuva, missä määrinja kuinka suomalainen huonekaluala hyödyntää huonekalutestaustoiminnan tuloksiatämän hetkisessä liiketoiminnassa sekä kuinka testaustuloksia tullaan hyödyntämään tulevaisuuden liiketoiminnassa. Lisäksi kartoitettiin, tarvitaanko Suomessa akkreditoitua huonekalutestauslaboratoriota. Työn teoriaosassa käsitellään suomalaisen huonekaluteollisuuden tämän hetkistä tilannetta, huonekalutestauksen syitä sekä tuotelaadun ja laatukustannusten vaikutuksia yrityksen toimintaan. Teoriaosassa pohditaan myös testauksen ja laadun välisiä vuorovaikutuksia sekä niiden vaikutuksia tuotteen välittömiin ja välillisiin kustannuksiin. Käytännön osassa päädyttiin mm. seuraaviin johtopäätöksiin. Tällä hetkellä huonekalutestauksia teettävät lähinnä liikevaihdoltaan isoimmat yritykset. Vientikauppa mahdollistaa suuret liikevaihdot ja yhtenä edellytyksenä vientikaupalle on testatut tuotteet. Vientikauppaa tekevistä yrityksistä lähes 80 % testasi tuotteitaan. Testauksia tekevät yritykset hyödyntävät testaustuloksia koko tuotantoprosessin läpi aina tuotekehityksestä markkinointiin. Tulevaisuuden testaustarpeet eivät juuri eroa tämän hetken tarpeista, joskin testausten määrän odotetaan lisääntyvän. Yritykset kokevat tärkeänä akkreditoidun huonekalutestauslaboratorion olemassa olon Suomessa.

Hankekustannusten laskentamallit EU:n 7. puiteohjelmassa

Tutkielma on luonteeltaan deskriptiivinen kirjallisuuskatsaus, jossa pyritään määrittämään puiteohjelmahankkeiden EU-rahoitusmallit ja kuinka niitä tullaan soveltamaan käytännössä. Työn tarkoituksena on ymmärtää ja kuvata EU:n tutkimus- ja kehitysrahoitusta koskevan 7. puiteohjelman hankekustannusten korvausperiaatteet. Tavoitteena on laatia malli ja esimerkkejä oman kustannusosuuden laskemiseksi hankkeessa. Tutkimustulosten perusteella 7. puiteohjelmassa on tärkeää kustannusten suora kohdentaminen hankkeelle, sillä suoraan kohdennettavien välittömien ja välillisten kustannusten korvausosuus on yleensä selvästi korkeampi kuin kiinteitä korvausosuuksia tai kiinteää kokonaissummaa käytettäessä. Kustannusten raportointi edellyttääkin tarkkaa kirjanpitoa, jonka avulla myös tulevien hankkeiden budjetointi on tarkempaaja helpompaa.

Sahojen energiajärjestelmien kehittäminen

Tyypillisesti sahoilla tarvittava lämpö tuotetaan omalla lämpölaitoksella, jossa hyödynnetään sahalla syntyviä sivutuotteita kuten kuorta ja purua. Lämmöntuotantoon ei yleensä käytetä lainkaan öljyä. Jos lämpölaitoksen teho ei riitä tai lämmöntuotannossa syntyy katkoksia, tyydytään rajoittamaan tuotantoa tai annetaan sahatavaran laadun kärsiä. Diplomityössä etsitään taloudellisesti kannattavia konsepteja, joilla voidaan parantaa lämmöntuotannon varmuutta sahoilla. Työssä tarkastellaan sahoja kolmessa eri kokoluokassa, kattaen yleisimmät sahalaitokset. Koska diplomityöhön ei otettu malliksi mitään tiettyä sahaa, määritettiin em. kolmelle kokoluokalle materiaali- ja energiavirrat yleisten tunnuslukujen perusteella. Lisäksi sahoille määritettiin kuivaustiedot, kun kaikilla sahoilla oletettiin olevan ainoastaan kamarikuivaamoita. Sahojen käyttämä kuori on kosteaa, ja se asettaa käytettävälle polttotekniikalle korkeat vaatimukset. Kuoren lämpöarvoa voidaan parantaa kuivattamalla sitä ennen polttoa erillisessä kuivurissa. Diplomityössä tarkastellaan suoraa ja epäsuoraa kuivatusta, joista molemmat perustuvat kiertoleijutekniikkaan. Suorassa kuivatuksessa hyödynnetään kattilasta saatavia savukaasuja, kun taas epäsuorassa kuivatuksessa lämmönlähteenä käytetään kuuma vettä. Molempien kuivatuskonseptien osalta käydään läpi toimintaperiaate ja kytkentä lämpölaitokseen, sekä lasketaan lämmöntuotannon omakustannushinta. Lisäksi tarkastellaan suoran kuivatuksen asentamista nykyiseen kostean polttoaineen laitokseen. Kuoren kuivatuksen lisäksi arvioidaan kuumavesikattilan käyttöä sahoilla ja sahatavaran kuivauksessa tarvittavan erillisen höyrynkehityksen korvaamista kuumavesiakulla. Lopuksi diplomityössä tarkastellaan pienimuotoista sähköntuotantoa sahojen lämpölaitosten yhteydessä ja sen kannattavuutta. Tarkasteltavia tekniikoita ovat ORC –tekniikka sekä höyrykone.

Hartsieristeisen jakelumuuntajan valintakriteerit

Tämän diplomityön tarkoitus on tuoda esiin öljy- ja hartsieristeisten muuntajien käytön tekniset, ympäristölliset ja taloudelliset erot. Vertailuun on otettu nämä kaksi vaihtoehtoa, koska ne ovat yleisimmin Suomessa käytetyt. Suurin osa jakelumuuntajista Suomessa on öljyeristeisiä, siksi tämän työn esimerkeiksi on otettu projektit, joissa käytettiin hartsimuuntajaa. Työn alkuosa koostuu muuntajien teknisten erojen selvittämisestä sekä ulko- että sisäkäytössä. Toinen osa käsittelee ympäristönkuormitusta ja kolmas osa sitä, kuinka jakelumuuntajan käyttö ja valinta vaikuttaa muuntamon elinikäkustannuksiin. Lopussa on kaksi todellista esimerkkiä, joissa voi olla mahdollisuus kyseenalaistaa muuntajavaihtoehto tai olla vaikeaa valita kannattavin ratkaisu. Suurimmat valintakriteerit muuntajalle Suomessa ovat taloudellisuus ja ympäristöystävällisyys. Ympäristöystävällisyys voi olla paikallista tai globaalia ympäristöhaitan torjuntaa. Myös kustannukset voidaan jakaa suoriin ja epäsuoriin muuntajasidonnaisiin kustannuksiin. Esimerkin kuvauksen jälkeen on laskettu yleisimpien vaihtoehtojen kustannukset ja esitetty niille perustelut.

Konekohtaiset kunnossapidon kustannukset ohutlevy-yrityksessä

Diplomityön tavoitteena on laskea kohdeyrityksen tehtaan koneiden kunnossapidosta aiheutuvat kustannukset. Koneiden kunnossapidon kustannusten laskemisen lisäksi työn aikana laaditaan kunnossapidon kustannusten kuukausittainen raportti sekä tehdään kunnossapitoa helpottava ohjelma. Kunnossapidon kustannukset jaotellaan kahteen osaan, jotka ovat välittömät ja välilliset kustannukset. Työn teoriaosassa käydään läpi kustannuslaskentaa, kunnossapidon teoriaa sekä kapasiteetin riittävyyttä. Empiriaosassa esitellään kohdeyritys ja kunnossapidon nykytila. Tämän jälkeen käydään läpi koneiden kunnossapidon kustannusten laskentamalli ja kunnossapitojärjestelmä. Esittelyjen jälkeen analysoidaan työn tuloksia ja ehdotetaan muutamia kehitysvaihtoehtoja. Diplomityön tuloksista on huomattavissa, että kohdeyrityksen tehtaan koneiden kunnossapidon kustannukset ovat pääasiassa välittömiä kustannuksia. Koneiden kunnossapidon kustannusten selvittäminen toi esille kustannusten vaikutuksen eri tuotteisiin, niiden omakustannusarvoihin ja katteisiin. Joidenkin tuotteiden katteet muuttuivat jopa negatiivisiksi. Vaikka kunnossapidon konekohtaiset kustannukset saadaan pysymään samana, kehittämällä tuotantoa voidaan vähentää merkittävästi tuotekohtaisia kunnossapidon kustannuksia.

Mahdollisuudet pakkausten hiilijalanjäljen pienentämiseen. Case: Kuituvalos

Ilmastonmuutoksen myötä tuotteiden hiilijalanjälkien laskeminen on yleistynyt. Tässä työssä perehdytään pakkausten aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin niiden elinkaaren aikana. Työssä lasketaan hiilijalanjälki myymäläpakkaukselle, joka on valmistettu kuituvaloksesta. Vertailua varten lasketaan hiilijalanjälki paisutetusta polystyreenistä valmistetulle pakkaukselle samassa käyttötarkoituksessa. Tavoitteena on selvittää, miten pakkausten kasvihuonekaasutaseet eroavat toisistaan, ja mitkä elinkaaren aikaiset vaiheet muodostavat merkittävimmät päästöt. Työssä käytetään PAS 2050 -ohjeistusta hiilijalanjäljen laskentaan. Laskennassa on huomioitu suorien ja epäsuorien päästöjen lisäksi myös vältetyt päästöt. Tulosten mukaan materiaalien välisen paremmuuden ratkaisee käytetty jätteenkäsittelytapa. Mikäli kuituvalos kierrätetään, on sen hiilijalanjälki paisutettua polystyreeniä (EPS) pienempi. Tarkastellut jätteenkäsittelytavat EPS:lle olivat kaatopaikkasijoitus ja energiahyötykäyttö. Mikäli kuituvalos kompostoidaan tai käytetään hyödyksi energiana, on sen hiilijalanjälki suurempi kuin EPS:n. Kuituvaloksella selkeästi merkittävimmäksi kasvihuonekaasujen aiheuttajaksi osoittautui pakkauksen valmistusvaihe. EPS:llä merkittäviä vaiheita olivat raaka-aineen tuotanto ja kuljetukset. Tulokset antavat kuvan materiaalien ilmastonmuutospotentiaalista, mutta on huomioitava, ettei hiilijalanjälkitarkastelussa huomioida muita pakkausten ympäristövaikutuksia niiden elinkaaren ajalta.

Mahdollisuudet pakkausten hiilijalanjäljen pienentämiseen. Case: kuituvalos

Ilmastonmuutoksen myötä tuotteiden hiilijalanjälkien laskeminen on yleistynyt. Tässä työssä perehdytään pakkausten aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin niiden elinkaaren aikana. Työssä lasketaan hiilijalanjälki myymäläpakkaukselle, joka on valmistettu kuituvaloksesta. Vertailua varten lasketaan hiilijalanjälki paisutetusta polystyreenistä valmistetulle pakkaukselle samassa käyttötarkoituksessa. Tavoitteena on selvittää, miten pakkausten kasvihuonekaasutaseet eroavat toisistaan, ja mitkä elinkaaren aikaiset vaiheet muodostavat merkittävimmät päästöt. Työssä käytetään PAS 2050 -ohjeistusta hiilijalanjäljen laskentaan. Laskennassa on huomioitu suorien ja epäsuorien päästöjen lisäksi myös vältetyt päästöt. Tulosten mukaan materiaalien välisen paremmuuden ratkaisee käytetty jätteenkäsittelytapa. Mikäli kuituvalos kierrätetään, on sen hiilijalanjälki paisutettua polystyreeniä (EPS) pienempi. Tarkastellut jätteenkäsittelytavat EPS:lle olivat kaatopaikkasijoitus ja energiahyötykäyttö. Mikäli kuituvalos kompostoidaan tai käytetään hyödyksi energiana, on sen hiilijalanjälki suurempi kuin EPS:n. Kuituvaloksella selkeästi merkittävimmäksi kasvihuonekaasujen aiheuttajaksi osoittautui pakkauksen valmistusvaihe. EPS:llä merkittäviä vaiheita olivat raaka-aineen tuotanto ja kuljetukset. Tulokset antavat kuvan materiaalien ilmastonmuutospotentiaalista, mutta on huomioitava, ettei hiilijalanjälkitarkastelussa huomioida muita pakkausten ympäristövaikutuksia niiden elinkaaren ajalta.

Performance Indicators in Sourcing : Case: Mainospyörä Ltd

The business environment has rapidly become more global and more competitive. It sets new requirements for the company management. It is not enough to look at the financial information of the company, but one need to analyse also the internal processes as well. Sourcing exists in every company. It is no longer just a supporting function in a company chain of operations. By sourcing company can affect the profitability of the company in both direct and indirect ways The thesis overviewed the role of strategic accounting, sourcing and performance measurements in particularly, in company strategic steering. The study is qualitative, where the meaning was to describe true life. In the same time it is an explanatory case study. The aim of the study was to build up a set of sourcing performance indicators for the case company.

Creating carbon footprint calculating tool for plastic packaging products

The environmental challenges of plastic packaging industry have increased remarkably along with climate change debate. The interest to study carbon footprints of packaging has increased in packaging industry to find out the real climate change impacts of packaging. In this thesis the greenhouse gas discharges of plastic packaging during their life cycle is examined. The carbon footprint is calculated for food packaging manufactured from plastic laminate. The structure of the laminate is low density polyethylene (PE-LD) and oriented polypropylene (OPP), which have been joined together with laminating adhesive. The purpose is to find out the possibilities to create a carbon footprint calculating tool for plastic packaging and its usability in a plastic packaging manufacturing company. As a carbon footprint calculating method PAS 2050 standard has been used. In the calculations direct and indirect greenhouse gas discharges as well as avoided discharges are considered. Avoided discharges are born for example in packaging waste utilization as energy. The results of the calculations have been used to create a simple calculating tool to be used for similar laminate structures. Although the utilization of the calculating tool is limited to one manufacturing plant because the primary activity data is dependent of geographical location and for example the discharges of used energy in the plant. The results give an approximation of the climate change potential caused by the laminate. It is although noticed that calculations do not include all environmental impacts of plastic packaging´s life cycle.